摘要：全球變暖和能源消耗加劇已成為目前我們面臨的兩大課題。文章從天然氣水化合物的生產(chǎn)方法及發(fā)展進(jìn)行研究。探討天然氣水化合物的可發(fā)展性。

　　關(guān)鍵詞：NGH(天然氣水合物),加工方法,發(fā)展

　　天然氣是一種儲量豐富的能源，價格比石油便宜，燃燒清潔，是一種綠色能源。在航運(yùn)的舞臺上，一個急切的信號表明：天然氣貿(mào)易迅速發(fā)展促進(jìn)了LNG船定單的空前增長。但天然氣是不可再生資源，并且LNG生產(chǎn)過程相對昂貴。例如船舶行業(yè)中單艘LNG船的建造價格目前超過兩億美元，這些都是我們考慮的因素。有意思的是，據(jù)估計，世界上可開采的天然氣有超過一半以上已被探明，但還有大量未開采的。在世界上任何角落都能發(fā)現(xiàn)或多或少的天然氣水合物(NGH)儲量。NGH本質(zhì)上僅僅由水分子和氣體分子組成的固體結(jié)晶體物質(zhì)。水分子形成一種點(diǎn)陣晶體格架，燃?xì)夥肿觿t填充于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間的空穴中，學(xué)術(shù)上稱為做籠形結(jié)構(gòu)。實(shí)際上這種結(jié)構(gòu)是氣水合物以雪、冰的形式存在依賴條件。NGH往往分布于寒冷的永凍土中(儲量極其少)或深水的海底沉積物中(儲量較多)。甲烷、丙烷和其他氣體填充于籠形結(jié)構(gòu)間中。氣水合物可以釋放大量普通的甲烷，產(chǎn)生巨大的能量。估計大約有 100,000到270,000,000 兆立方尺的天然氣水合物廣泛分布在全世界。事實(shí)上全球NHG儲量數(shù)超過已知天然氣儲量數(shù)的觀點(diǎn)被普認(rèn)同，甚至已經(jīng)有一些研究認(rèn)為它是無窮盡的能源資源, 因此科學(xué)家們正在探索新能源的展之路。所有的聲音聽起來都充滿著美好和希望, 但事實(shí)是現(xiàn)在這些資源并沒有進(jìn)行商業(yè)開采，這是因?yàn)镹GH開采工藝的難題未能解決。然而，NGH的探索中有一種新的關(guān)注：發(fā)展和生產(chǎn)被稱為"非原產(chǎn)地的" 或人工合成的NGH。

　　現(xiàn)在全世界估計大約 40-60%天然氣儲量被定義" 難開采"的，或者換句話說, 許多零散、產(chǎn)量不大的氣田由于遠(yuǎn)離現(xiàn)有的輸送管道和開采。而天然氣的開采和輸送初期投資非常大, 從經(jīng)濟(jì)上考慮開采是不可行的。相對于需要在 -162℃的低溫條件下生產(chǎn)儲存液化天然氣(LNG)而言，人工合成NGH開采費(fèi)用非常低。LNG燃料儲存密度較低，輸送同樣單位容積的LNG和NGH，GH性價比高于LNG。因?yàn)镹GH保持穩(wěn)定的條件為正常大氣壓和 -20 ℃溫度左右，所以實(shí)現(xiàn)人工合成NGH的生產(chǎn)、儲藏、輸送和氣化能夠成為可能，操作比較容易。人工合成NGH在適度的壓力和溫度條件下，由天然氣和水相互作用形成類似冰狀的固體物質(zhì)。一立方米的可以釋放出達(dá) 180立方米的天然，人工合成NGH在正常大氣壓和-20℃的情況下能夠穩(wěn)定的輸送,它比天然氣的輸送更經(jīng)濟(jì)、更安全。所以從遠(yuǎn)景趨勢考慮來看，NGH整個系統(tǒng)(包括生產(chǎn)、儲藏、輸送和氣化)的全部投資費(fèi)用，比LNG 便宜許多，更重要的是它為能源稀缺的世界提供了先前所沒有的能源儲量。由于LNG需要巨大的生產(chǎn)成本，對于小型的氣田來說，經(jīng)濟(jì)上是不可行的。這使得小型氣田更期待和關(guān)注NGH大的生產(chǎn)成本，對于小型的氣田來說，經(jīng)濟(jì)上是不可行的。這使得小型氣田更期待和關(guān)注NGH。

　　研究NGH固態(tài)化工藝以及NGH專用運(yùn)輸船技術(shù)的世界領(lǐng)頭羊是日本的三井造船(MES)，在日本的新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織協(xié)助下，MES成功研制了人工合成NGH生產(chǎn)工藝，具備了每日合成600Kg NGH的高速生產(chǎn)能力。而且MES已經(jīng)和日本先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)學(xué)會及大阪大學(xué)建立了合作關(guān)系，研究內(nèi)容為批量NGH的堆放、運(yùn)輸、儲藏和高壓氣化的全過程，日本油氣和金屬公司參與了共同設(shè)計。他們已經(jīng)成功完成了高壓條件下批量NGH的連續(xù)氣化。這些生產(chǎn)方法的使用，最后消耗的能源大約是LNG一半左右。這個系統(tǒng)形成的球狀物能夠提供良好的填充和流動效率，同時具有所謂的“自我保護(hù)”功能，減少氣體蒸發(fā)。

　　人工合成NGH加工成固體球丸進(jìn)行運(yùn)輸必須全面改善貨艙的處理功能， NGH船需要設(shè)計獨(dú)立的貨艙系統(tǒng)，關(guān)于NGH球丸裝載和卸載的設(shè)計，科學(xué)家正在考慮使用機(jī)械傳送系統(tǒng)，水平的把NGH球丸裝載到貨艙，從貨艙里進(jìn)行卸貨則沿垂直方向輸送的甲板上面，然后水平的輸送，以便于海岸傳送和氣化。氣化之后產(chǎn)生大量體積的殘余水，這些水先返回到NGH船艙做壓載之用，然后再返回到氣田循環(huán)進(jìn)行NGH生產(chǎn)。

　　另一個問題是裝載人工合成NGH球丸的船艙還沒有進(jìn)行認(rèn)證，獲得國際認(rèn)證需一個過程。這個過程已邁出了第一步，NK已和MES合作，日本海事協(xié)會正在初步作NGH船艙安全可行性研究。努力使NGH船達(dá)到LNG船相同的安全系數(shù)，并且正在申請IGC(聯(lián)合國政府間版權(quán)委員會)的號碼，盡可能的使號碼的性質(zhì)確定為人工合成NGH球丸是一種固體，而不是氣體或液體。假設(shè)NGH的毒性和腐蝕性的反應(yīng)可以忽略不計的的話，關(guān)鍵問題包含晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，低溫和火災(zāi)的危險性。晶體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的時候，低溫危險性考慮的內(nèi)容包括設(shè)置第一層屏障的第二層屏障，以及艙壁的保溫性。同樣，火災(zāi)的危險性考慮明火隱患的除去，包括氧氣和火花的潛在隱患。我們所有的考慮都要基于整體概念模型。

　　所有的研究表明，小型氣田發(fā)展NGH的輸送和存儲，已經(jīng)顯示的巨大的潛力。NGH技術(shù)的充分發(fā)展以及未開發(fā)的天然氣田開始開采，作為清潔環(huán)境的綠色能源，不僅僅是探索能源需求方面的巨大進(jìn)步，同時發(fā)展了一個新行業(yè)，我們高興的看到，一種新的船型---NGH，將成為新行業(yè)的主導(dǎo)者。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　① 鄭洪弢：世界液化天然氣市場動向分析 國際石油經(jīng)濟(jì)出版 2006年 (06)

　　②王寶慶：《天然氣液化技術(shù)及其應(yīng)用》 天然氣工業(yè)出版 2004,24(7)

　　③王 坤： 《LNG冷能利用技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析》 天然氣工業(yè)出版 2004,24(7)